汽油机

[拼音]：qiyouji

[外文]：gasoline engine

用汽油作燃料的内燃机，是一种火花点火式发动机。自1876年创制成功有压缩过程的单缸、四冲程煤气机后，内燃机才得以迅速发展。但煤气运输携带不便，于是人们研究利用石油中易挥发的轻成分。1883年德国人G.戴姆勒制造成功汽油机，它以便于运输和携带的汽油为燃料。汽油机的出现促进了运输工具（汽车、飞机等）的发展，反过来也促进了石油工业的发展。第二次世界大战以前，汽油机已用作小至 1千瓦以下的农业、园艺机具的动力，大到数千千瓦的航空发动机。第二次世界大战以后，由于柴油机和燃气轮机的发展，汽油机的用途有所缩小，但仍是小功率内燃机、摩托车、轿车、小型飞机和轻型货车发动机的主要机型。

组成和分类

汽油机一般采用往复活塞式结构，由本体（缸盖、缸体、曲轴箱）、曲柄连杆机构、配气系统、供油系统、润滑系统和点火系统等部分组成。

按配气系统的不同，汽油机分为二冲程的和四冲程的两类。二冲程汽油机仅用于提供较小的动力，以求其轻小而成本低。四冲程汽油机又可分为侧置气门式、顶置气门侧置凸轮轴式和顶置凸轮轴式 3种，以顶置凸轮轴汽油机性能最好。

按气缸进气方式的不同，汽油机分为增压的和非增压的两类。飞机用汽油机多为增压的，轿车用发动机也发展有增压汽油机。

按供油系统的不同，汽油机分为化油器式和汽油喷射式两类。至80年代，汽油喷射式的应用迅速增多，许多厂家的产品已用汽油喷射代替化油器。汽油喷射式又可分为多点喷射和单点喷射两种，多点喷射汽油机性能最好，但成本较高。

按混合气形成的方法，汽油机分为均匀混合气式、火焰点火式（用电火花将辅室中的少量浓混合气点燃后，利用喷出的火焰点燃主室中的过稀混合气）和分层充气式（在统一燃烧室内，一部分为可燃混合气，另外部分只是空气）3类。 商业产品基本上都是均匀混合气式。正在发展的稀混合气汽油机也是均匀混合气汽油机。

燃烧

汽油是多种烃的液态混合物，馏出温度在210℃以下，易于蒸发成气态。在使用时，空气流过化油器，按比例携带适量汽油进入进气管。在流经进气管、进入气缸和压缩过程中，汽油迅速蒸发，到压缩末期已完全成气态，并与空气混合成相当均匀的可燃混合气。这时汽油机点火系统提供瞬时高压电，在火花塞的火花间隙处打出火花，使该处微量混合气发生化学反应，累积热量而提高温度，并使次层混合气受热发生化学反应。当逐渐发展到气缸内压力明显上升时，便形成明亮的火焰核心。从火花点火到此刻的时间称为着火延迟期。火焰核心能否形成和着火延迟时期的长短，均取决于火花间隙处混合气的化学性质、火花能量和该处气流速度。火焰核心形成后，引起火焰传播，将气缸内混合气烧尽，使缸内压力迅速上升。混合气热量主要在火焰传播时期放出，这是决定一个循环作功多少的关键。此后仍有补充燃烧现象，但放热很少。其他蒸发性好的液体燃料如酒精等，也可用于汽油机；气态燃料在适当改动燃料供给系统后也可用于汽油机。

为使火花能引起燃烧，混合气浓度须在着火界限以内。混合气浓度用过量空气系数α表示。α是实际空气量与汽油燃烧所需化学当量空气量的比值，也可用当量比（等于 1/α）或空燃比（空气与汽油质量比）表示。在节气门开度和汽油机转速一定时，供给不同 α的混合气，可得到不同的汽油机功率和燃料消耗率。一般在最大功率时的α值约为0.9，燃料消耗率最低时的α值约为1.1。在负荷率（实际发出的功率与同一转速下可能发出最大功率的比值）不同时，最经济的混合气浓度也不同，低负荷下的α值小于1。因此，供给的混合气浓度依转速和负荷而定。

在内燃机中希望燃烧放热尽可能接近上止点，以求高的热效率。在汽油机中要求火焰传播速度高，而且火焰传播发生在上止点前后。对火焰传播速度影响最大的是混合气紊流（见湍流）强度，这决定于燃烧室结构，在结构一定时，又大致与转速成正比。为使火焰传播发生在上止点前后，必须选择在最有利的时刻（最佳点火提前角）点火。汽油机转速提高和负荷率减低时，最佳点火提前角均应加大。在不同的转速和负荷的工况下，最佳点火提前角也不同。因此，在分电器中应有转速及其真空自动调整装置。

汽油机的热效率与压缩比有直接关系，提高汽油机的压缩比，则热效率即随之提高。压缩比已由早期的4.5提高到10。当压缩比达到 9以上时又会使气缸内产生积炭，这积炭会点燃混合气，形成不正常燃烧的现象，这种现象称为表面点火。在人们重视内燃机排污问题后，实用压缩比又有所下降。

使压缩比得以提高的因素除燃烧室结构等设计外，主要在于汽油品质的提高。20年代中，人们发现在汽油中添加四乙铅可以提高汽油机的压缩比。此外，通过对燃烧现象进行研究，已经能用合理设计燃烧室的方法降低汽油机对汽油辛烷值的要求。燃烧室对汽油辛烷值要求的高低被称为机械辛烷值。铅?桥牌械挠泻Τ煞郑执殉鱿植皇褂煤ζ偷那魇啤?

燃烧室

图为汽油机所用的燃烧室。侧置气门式燃烧室结构简单，混合气集中于火花塞附近，并靠活塞的挤压使混合气有较强的涡流。距火花塞较远处的混合气量较少并受燃烧室壁冷却，因而有利于避免爆震，同时使混合气主要部分燃烧放热快。这种燃烧室的缺点是混合气进路曲折，气缸充气效率较低，许用压缩比低，已较少采用。顶置气门式燃烧室结构较复杂。其中澡盆型的结构略为简单；半球型的可容纳较大的气门，混合气流动通顺，最有利于提高升功率，但结构复杂；楔型燃烧室有挤气面积，一般比半球型燃烧室的压缩比高0.5，这种结构适于大量生产，因此是60年代以来轿车发动机最常用的结构。半球型燃烧室散热面积较小，又因无涡流而能减少热损失，其燃料消耗率与楔形燃烧室相近。半球形燃烧室中燃烧压力上升较快，对机件的冲击负荷大。因而又有兼具楔型和半球型两者优点的燃烧室。

分层燃烧

汽油机在低负荷率工作时，由于着火界限的限制，必须减少进入气缸的空气量，这就使油耗增大。如果在低负荷下不减少进入气缸的空气量，只减少汽油量，并使汽化的汽油集中于火花塞附近，形成可以着火燃烧的混合气，就可以降低低负荷率时的油耗。这就是分层燃烧的供油和进气方式。在排气污染问题引起重视后，这种方式更为人们所注意。有些分层燃烧的汽油机的燃烧室分为主室和小室两部分。较浓的混合气进入小室，由火花点燃；较稀混合气进入主室，由小室喷出的火焰点燃，因而可以减少排气污染。但是在负荷率很低而主室混合气很稀薄时，则仍须在减少进气量后才能点燃。此类汽油机节油效果不明显。另一种方案是在压缩末期，用喷油器将汽油喷入燃烧室内火花塞附近，在很低负荷时喷油很少，而且无需减少进气量；在高负荷喷油较多时，不提早喷油，而是延长喷油时间，边喷边烧。这种试验性汽油机可使汽车在低负荷工作时油耗降低30％以上，排污也很少。分层燃烧可避免爆震，因而发动机压缩比可以提高，并能采用广馏分的低品质汽油。实现此种燃烧系统的主要问题是，如何在变工况下保证可靠地点燃。

特点和应用

排量较小的汽油机（缸径在70毫米以下）常用风冷式，较大的则多用水冷式。由于汽油机的压缩比低于柴油机，其燃烧压力较低、机件较轻、惯性较小，因此可以用较高的转速运行，排量约 2.5升的轿车汽油机转速可达5000转／分。不考虑使用寿命的赛车汽油机转速则可高达 10000转／分以上。大部分多气缸汽油机采用直立式和V型排列。V型6缸和8缸汽油机结构紧凑，平衡与充气特性好，也为排量较大的轿车所采用。

汽油机比柴油机轻巧，制造成本低，噪声较小，低温起动性较好，但热效率低而燃料消耗率大。摩托车、油锯和其他小功率动力机械，为求轻便、价廉，常用二冲程风冷式汽油机；固定式小功率汽油机为求结构简单、工作可靠而成本较低，大多用四冲程水冷式；轿车和轻型货车则大多用顶置气门水冷式汽油机，但随着油耗问题日益受到重视，柴油机在这类汽车上应用渐广；小型飞机所用发动机为求轻便和升功率大，大多用半球型燃烧室的风冷式汽油机。

参考书目

1. 程宏：《汽车拖拉机发动机原理》，中国工业出版社，北京，1961。

参考文章

• 农用小型汽油机节油技术要点农业工程
• 小型汽油机使用“三调整”农业工程
• 汽油机燃料供给系技术状况与汽车油耗的关系是什么?汽车
• 购买微耕机是选柴油机还是汽油机农业工程

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汽油机百科介绍

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